第九章-沉管、顶管结构PPT课件.ppt

第九章沉管 顶管结构 特殊地下结构包括沉井 沉箱 盾构施工结构 沉管 顶管等沉井 沉箱在基础工程中讲 盾构在十章讲沉管是修建水底隧道的一种方法 顶管往往用于建造穿越铁路 公路的隧道 9 1沉管结构 跨越江河有三种方法 轮渡 桥梁 隧道 轮渡基建费用低 运营费用也较低 但通行量不大 桥梁单位长度造价低 同隧道比 但有海轮通过时 要造得高 而坡度又不能过大 故引桥要长 从而总造价高 此时用隧道则较经济 见图 明挖 需建造围堰 如南京玄武湖隧道 技术较简单 但围堰工程量较大 有时还需导流渠道 如三峡工程 盾构法 如英吉利海峡隧道 沉管法 上海穿越黄浦江的隧道 水底隧道施工方法概述 沉管施工方法 施工中的黄浦江沉管隧道 1 在临时干坞预制管段 一般100米左右 目前最长268米 两端用临时封墙封闭 钢板 易拆除 2 向干坞灌水使管段浮起 下铺碎石 否则水不能进入 则难浮起 用拖轮拖到指定位置 3 在设计隧道位置 事先在水下挖好沟槽4 待管段就位 向其内灌水 使下沉到位 5 将沉没到位的管段在水下连接 再回填覆土即基本完成施工 一般一天沉一节 间隔准备时间一个月 沉管施工方法 应用历史 19世纪末便有应用 20世纪初向大型管段发展 但因几个关键技术问题未能较好解决 如管段的水下连接技术 故应用不多 自20世纪50年代以来 沉管技术有飞跃性突破 得到越来越多的应用 沉设过程控制 不能无控制下沉 沉设时设计水箱灌水量 以便控制 分初步下沉 靠拢下沉与着地下沉 方法有 分吊法 用浮筒吊住沉放 扛吊下沉 方驳扛吊 管段上设定位索 可在岸上拉动控制来定位 河中设地锚使锚索折转 拖航前要在坞中沉没24小时以上检漏 特点 1 质量高 预制管段本身的结构及防水质量易保证 接缝少 同盾构比 再用水力压接法可滴水不漏 2 单价和总造价低 水下挖土较在暗挖花费小 整段预制 拖航较预制 运输 拼装管片花费小 覆土薄 埋深小 使长度小 故总造价低 3 现场工期短4 操作条件好 基本无地下作业 水下作业也较少 气压下作业则完全没有 5 对土层的适用性强 在流砂层中施工也无困难 如围堰 开挖则难 6 水深无特殊限制 如以潜水最大深度为限 则可达70米7 断面形状 大小无特别限制 可有4 8个车道 四 设计包括总体几何设计 结构设计 内装修设计 通风 照明 给排水 供电等设计 运行管理设施设计等 总体设计很重要 如尽力减小覆盖率 峒口移到水边 虽增加引道挡墙高度 但减小隧道长度 有时由此可省去通风设备 使总造价大大降低 这里主要讲结构设计 包括以下几个方面 沉管结构设计 1 拖航时的浮力设计要保证干舷高度 有一定的干舷高度 倾斜时产生抗倾力矩 才稳定 一般干舷高度为10 15cm 对圆形 八角形则40 50cm 过大则沉设时灌水量大 特殊情况下 结构厚度大 浮力不足 则需浮筒或在顶部设钢围堰 沉管结构设计 2 抗浮计算施工阶段 K 1 05 1 1 要针对覆土前的情况来计算 即土未覆 索具 定位塔等已拿走 使用阶段 K 1 2 1 5 此时考虑侧摩阻力 用最大水容重 最小混凝土容重计算 如压载混凝土密实度差 一般按2 25t m3计算 计算时要考虑到混凝土的容重误差 河水容重可能的变化等 沉管结构设计 3 结构设计荷载 土 水压力 水压要考虑一定重现期的洪水位 上覆土压力也在变化 因河床淤积或冲刷等 侧土压力开始小 以后逐渐增大到静止土压力 浮力一般等于排水量 但对粘性土 由于 滞后现象 可大于排水量 施工阶段的弯矩验算 由端封闭墙 定位塔等引起 沉管结构设计 波浪力影响不大 一般不会改变配筋 沉船荷载 大小与船型 装载 沉没方式 覆土厚度 河底情况等有关 一般取5 13t m 目前认为可不考虑 因几率很小 反力分布有均布 文克尔 弹性理论等 计算分析有横向分析及纵向分析 纵向分析一般主要考虑沉设阶段由端墙与定位塔 在管段两端竖立的钢架 上有定位标志 等引起的纵向弯曲 沉管结构设计 最大裂缝宽度 0 15 0 2mm 所以强度较高的III级以上钢筋不用 预应力 一般不用 但荷载大时 用预应力较经济 而荷载在沉设后才作用 故加预应力又会使另一面开裂 解决方法之一是在内部用钢筋对拉 代替荷载作用 沉设后再将它取走 图 沉管结构设计 4 变形缝和管段接头设浇注温度5 15度 使用时外侧温度10度 内侧0 25度 无变形缝时温度应力可达4MPa 会严重开裂 又 一般先浇底板 再浇侧墙与顶板 后浇混凝土不能自由收缩 也会开裂 地震 不均匀沉降也会使管段开裂 所以每节管段内要设变形缝 一般间距15 20米 变形缝应满足 有一定的线变形和角变形能力 变形前后均能防水 施工阶段能传递弯矩 沉管结构设计 变形缝构造 间隙不小于2厘米 其间用防水材料填充 为抵抗施工阶段弯矩 内侧钢筋连通 沉设就位后再割断 还设一道止水袋 钢筋 沉管结构设计 接头用水力压接法 加拿大人首创 管端装橡胶垫 其形状由荷兰人提出的为好 见图 沉管结构设计 5 沉管防水以往用钢壳防水 近年来用柔性防水 如氯丁橡胶卷材 也有防水涂料 但延伸率不够 变形缝处设一道止水带 一般用橡胶止水带或钢边橡胶止水带 以往的金属止水带已不用 塑料止水带弹性差 也不用 沉管结构设计 6 沉管的基础荷载小 一般不用作基础 但开槽不平 要对地基持力层进行处理 与水下管段对接是沉管施工的两项关键技术 地基持力层处理方法 1 后铺法 底面较窄时用 包括刮铺砂 石 2 先铺法 底面较宽时用 宽时难后铺 包括灌砂 喷砂 压浆 压混凝土 灌囊法等 压浆 砂 混凝土法较简单可靠 沉管结构设计 在土层过软时 则要作基础 因荷载虽较原来减小 但不均匀 方法有 1 换土 工程量不宜大 2 砂桩预压 费时 3 减轻自重 会有抗浮问题 4 桩基础 多用 沉管结构设计 用桩基时 一般在其上浇一层混凝土 再铺砂石垫层 以保证状与管段接触 也有用砂浆囊袋 活动桩顶等方法 荷兰人提出 9 2顶管结构 一 顶管施工方法 在工作坑中将预制混凝土箱涵顶入 多用于穿过铁路路基的隧道 工作坑 对曲线铁路 工作坑要设在曲线外侧 滑板 混凝土板 上有导向墩 润滑层 下要防滑 例设防滑梁 1 的仰坡 因推出后前端一般要下沉 要防止滑板拉断 有时用简易滑板 如平铺片石 再灌水泥浆 用钢轨 轨间填砂 再用水泥砂浆抹面 土硬时 用灰土垫层再铺粗砂亦可 润滑层 由润滑剂及塑料薄膜组成 二 箱涵制作与一般混凝土箱涵的区别只是在表面要喷石蜡 做顶板防水层 因顶上会积水 前端装刃角 图8 6 顶板防水层外可浇一层混凝土 以保护之 断面高度大时 要设挖土平台 减小挖土坡面高度 挖土平台也设刃角 三 后背形式及其设计后背在顶入时提供反力 不许有过大的变形及相对位移 又因是临时结构 设计时应力求节约 类型有板桩式 重力式 拼装式等 顶进力的计算 P K N上f上 N上 N自 f下 2Ef侧 R A f并不仅仅是摩擦系数 也包含倾斜时的分力等 启动时的顶力较大 约为自重的0 8倍 随后减